CN102857465B - 一种ofdm***同步误差的补偿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，公开了一种OFDM***同步误差的补偿方法，所述方法包括以下步骤：A、从无线帧中提取参考信号；B、利用所述参考信号的相位信息估计出同步误差；C、补偿同步误差对所述无线帧的数据部分的影响。本发明还提供了一种OFDM***同步误差的补偿装置。本发明利用同步误差造成的相位误差进行估计，并基于该估计值进行补偿，补偿了OFDM***中接收信号在经过符号同步以后所存在的同步误差，且复杂度低。

Description

一种OFDM***同步误差的补偿方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种OFDM***同步误差的补偿方法及装置。

背景技术

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）技术的基本原理是将高速数据流分解为多路并行的低速数据流，在多个子载波上同时进行传输。将高速数据流分解为多路并行低速数据流，展宽了符号周期，有利于对抗由无线多径信道时延扩展特性导致的码间干扰；采用多个相互正交的子载波，在提高频谱效率的同时增强了对频率选择性信道的鲁棒性。由于OFDM技术支持高速率，宽频带的无线数据业务传输，目前已被广泛应用于许多无线通信***中，包括4G标准LTE、无线局域网标准802.11a/g等。然而，OFDM***对符号定时同步误差与载波频率同步误差十分敏感，符号定时同步误差会引起FFT开窗偏移，带来符号间干扰（ISI，Inter SymbolInterference），载波频率同步误差则会使子载波不完全正交，带来载波间干扰（ICI，Inter Carrier Interference），以上两种干扰均会严重影响***性能。

现有常用的OFDM同步方法主要分为两类：***专门的训练序列进行同步和利用循环前缀进行同步。前一种方法的主要实现形式为在发射信号中***一段在时域上具有重复特性的训练序列，接收端通过滑动相关寻找峰值来进行符号定时同步，再依据符号定时同步位置利用训练序列前半段与后半段的相位差进行载波频率同步。后一种方法同样利用循环前缀与OFDM符号末端在时域上表现出的重复性，通过相似的滑动相关步骤进行符号定时同步与载波频率同步。对于以上同步方法，由于算法本身的精确度与噪声的影响，会留下残余的同步误差，这些残余同步误差同样会对OFDM***性能造成影响，特别是对于高阶调制的OFDM***，影响更为敏感。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种OFDM***同步误差的补偿方法及装置，解决现有同步误差补偿方法的复杂度高的缺陷。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种OFDM***同步误差的补偿方法，所述方法包括以下步骤：

A、从无线帧中提取参考信号r_k，k表示参考信号r_k对应的子载波序号；

B、利用所述参考信号r_k的相位信息估计出同步误差；

C、补偿同步误差对所述无线帧的数据部分的影响。

优选地，在步骤A中，通过FFT将所述无线帧变换到频域，然后提取所述参考信号r_k。

优选地，步骤B具体包括：

步骤B1：提取所述参考信号r_k的相位信息；

步骤B2：根据所述相位信息得到同步误差造成的参考信号r_k的相位误差；

步骤B3：利用同步误差与参考信号r_k的相位误差之间的对应关系，估计出同步误差。

优选地，在步骤B1中，将步骤A提取的参考信号r_k与预先定义的参考信号r'_k相除，并进行归一化，得到参考信号r_k的相位信息，所提取的参考信号r_k是预先定义的参考信号r'_k经过信道以后的值。

优选地，在步骤B2中，将归一化后得到的参考信号r_k的相位信息作为数列，通过将所述数列中相邻两项相除的方式，得到参考信号r_k的相位误差。

优选地，在步骤B3中，对所有所述数列中相邻两项的商求平均值，然后将平均值与预先定义的查找表中的每一项作比较，寻找与平均值最接近的项，将最接近的项的序号作为同步误差的估计值。

优选地，在步骤B3中，利用FFT性质计算得到同步误差的估计值。

优选地，在步骤B中，求参考信号r_k的相位信息组成的向量与查找表向量列的差的范数最小值，得到同步误差的估计值。

优选地，所述查找表是根据FFT性质预先定义的数列。

优选地，在步骤C中，利用同步误差的估计值对无线帧的数据部分进行相位补偿。

本发明还提供了一种OFDM***同步误差的补偿装置，包括：提取单元，估计单元和补偿单元；其中，

所述提取单元用于从无线帧中提取参考信号r_k，k表示参考信号r_k对应的子载波序号；

所述估计单元用于利用所述参考信号r_k的相位信息估计出同步误差；

所述补偿单元用于补偿同步误差对所述无线帧的数据部分的影响。

优选地，所述估计单元包括：归一化模块、除法模块和查找模块；其中，

所述归一化模块用于提取参考信号r_k的相位信息；

所述除法模块用于根据所述相位信息得到同步误差造成的参考信号r_k的相位误差；

所述查找模块用于利用同步误差与参考信号r_k的相位误差之间的对应关系，估计出同步误差。

（三）有益效果

上述技术方案具有如下优点：本发明利用同步误差造成的相位误差进行估计，并基于该估计进行补偿，补偿了OFDM***中接收信号在经过符号同步以后所存在的同步误差，且复杂度低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

对于OFDM***，接收信号在经过符号同步以后，往往存在一定的同步误差。本发明利用同步误差造成的相位误差进行估计和补偿。

实施例一

本发明实施例一提供一种实现OFDM***同步误差补偿的方法，如图1所示，包括以下步骤：

A、从无线帧中提取参考信号；

B、利用所述参考信号的相位信息估计出同步误差；

C、补偿同步误差对所述无线帧的数据部分的影响。

在步骤A中，对于FFT长度为N的OFDM***，接收端通过FFT将无线帧变换到频域，并提取参考信号r_k。参考信号是由发射端提供给接收端用于信道估计或信道探测的一种已知信号，发送端在特定子载波上发送r'_k，接收端相应地接收到r_k。

在步骤B中，接收端将参考信号r_k与预先定义的参考信号r'_k相除，得到R_k=r_k/r'_k，对R_k进行归一化作为参考信号的相位信息，从无线帧中提取的参考信号r_k是预先定义的参考信号r'_k经过信道以后的值。将归一化得到的参考信号的相位信息按照顺序，从第2项开始，依次与前一项相除，得到作为参考信号的相位误差（即相位旋转），k≥1，且为整数，表示参考信号r_k对应的子载波序号。求的平均值以减小信道、噪声对参考信号相位误差的影响，其中K是参考信号的总数。将平均值与预先定义的查找表中的每一项作比较，寻找与平均值最接近的项，该项序号即为同步误差的估计值ε：

$\mathrm{\ϵ}=\underset{l}{\arg \min }\left(d(\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{R},M_l)\right)$

其中，CP是参考信号r_k所在的OFDM符号的循环前缀的长度，N表示FFT的长度，d(·,·)是计算两个复数之间距离的函数，包括但不限于以下形式：

d(x,y)=|x-y|

在步骤C中，利用估计得到的同步误差对无线帧的数据部分Y_k进行相位补偿：

${\tilde{Y}}_k=Y_k{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{k\ϵ}}$

即为经过同步误差补偿后的数据。

实施例二

实施例二与实施例一的区别在于，在步骤B3中，利用FFT性质计算得到同步误差的估计值，具体来说，计算的相角，估计出同步误差。

$\mathrm{\ϵ}=\mathrm{round}\left(\frac{N\×\mathrm{angle}\left(\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{R}\right)}{2\mathrm{\π}}\right)$

其中，round(·)是计算与某一实数最接近的整数的函数，angle(·)是计算复数相角的函数，包括但不限于以下形式：

实施例三

实施例三与实施例一的区别在于，

在步骤B中，利用所有的归一化参考信号的相位信息和预先定义的查找表计算向量列{R^(l),l=0,1,...,CP-1},向量R^(l)的元素计算向量R^(l)的范数，最小值对应的l即为同步误差估计值。

$\mathrm{\ϵ}=\underset{l}{\arg \min }\left(\right|\left|R^{\left(l\right)}\right|\left|\right)$

其中，||·||是向量的范数，表示取最小值对应的l。

实施例四

本实施例还提供一种实现OFDM***同步误差补偿的装置，如图2所示，该装置包括：提取单元、估计单元和补偿单元；其中，

所述提取单元用于从无线帧中提取参考信号r_k；

所述估计单元用于利用所述参考信号r_k的相位信息估计出同步误差；

所述补偿单元用于补偿同步误差对所述无线帧的数据部分的影响。

所述估计单元包括：归一化模块、除法模块和查找模块；其中，

所述归一化模块用于提取参考信号r_k的相位信息；

所述除法模块用于根据所述相位信息得到同步误差造成的参考信号r_k的相位误差；

所述查找模块用于利用同步误差与参考信号r_k的相位误差之间的对应关系，估计出同步误差。

由以上实施例可以看出，本发明利用同步误差造成的相位误差进行估计，并基于该估计进行补偿，补偿了OFDM***中接收信号在经过符号同步以后所存在的同步误差，且复杂度低。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种OFDM***同步误差的补偿方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A、从无线帧中提取参考信号r_k，k表示参考信号r_k对应的子载波序号；

B、利用所述参考信号r_k的相位信息估计出同步误差；

C、补偿同步误差对所述无线帧的数据部分的影响；

其中，在步骤A中，通过FFT将所述无线帧变换到频域，然后提取所述参考信号r_k；

所述步骤B具体包括：

步骤B1：提取所述参考信号r_k的相位信息；

步骤B2：根据所述相位信息得到同步误差造成的参考信号r_k的相位误差；

步骤B3：利用同步误差与参考信号r_k的相位误差之间的对应关系，估计出同步误差。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B1中，将步骤A提取的参考信号r_k与预先定义的参考信号r'_k相除，并进行归一化，得到参考信号r_k的相位信息，所提取的参考信号r_k是预先定义的参考信号r'_k经过信道以后的值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤B2中，将归一化后得到的参考信号r_k的相位信息作为数列，通过将所述数列中相邻两项相除的方式，得到参考信号r_k的相位误差。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤B3中，对所有所述数列中相邻两项的商求平均值，然后将平均值与预先定义的查找表中的每一项作比较，寻找与平均值最接近的项，将最接近的项的序号作为同步误差的估计值。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤B3中，利用FFT性质计算得到同步误差的估计值。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B中，求参考信号r_k的相位信息组成的向量与查找表向量列的差的范数最小值，得到同步误差的估计值。

7.如权利要求4或6所述的方法，其特征在于，所述查找表是根据FFT性质预先定义的数列。

8.如权利要求1～6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤C中，利用同步误差的估计值对无线帧的数据部分进行相位补偿。

9.一种OFDM***同步误差的补偿装置，其特征在于，包括：提取单元，估计单元和补偿单元；其中，

所述提取单元用于从无线帧中提取参考信号r_k，k表示参考信号r_k对应的子载波序号；

所述估计单元用于利用所述参考信号r_k的相位信息估计出同步误差；

所述补偿单元用于补偿同步误差对所述无线帧的数据部分的影响；

其中，所述估计单元包括：归一化模块、除法模块和查找模块；其中，

所述归一化模块用于提取参考信号r_k的相位信息；

所述除法模块用于根据所述相位信息得到同步误差造成的参考信号r_k的相位误差；

所述查找模块用于利用同步误差与参考信号r_k的相位误差之间的对应关系，估计出同步误差。